(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状に切断した電極シートとセパレータシートとを重ね合わせて電極シート組体とし、この電極シート組体を正負極で交互に複数積層してなる電池であって、
前記セパレータシートの一側面における前記電極シートの外縁部と対向する部分に枠状のシート強化部を形成し、このシート強化部に前記電極シートの外縁部からシート厚さ方向で突出するバリを突き刺して係合させることを特徴とする電池。
【請求項２】
前記バリの前記シート強化部に対する係合力により、前記電極シートと前記セパレータシートとを一体的に結合することを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記セパレータシートにおける前記電極シートと反対側の他側面又は前記シート強化部よりも前記他側面側の部位に、前記シート強化部よりも硬質の第二シート強化部を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。
【請求項４】
所定形状に切断した電極シートとセパレータシートとを重ね合わせて電極シート組体とし、この電極シート組体を正負極で交互に複数積層してなる電池の製造装置であって、
帯状の電極原反を巻回した電極ロールと、この電極ロールから前記電極原反を工程下流側に巻き出す電極巻き出しロールと、この電極巻き出しロールが巻き出した前記電極原反から所定形状の前記電極シートを切り出す電極カッターロールと、この電極カッターロールが切り出した前記電極シートを前記セパレータシートとの結合位置に案内する電極ガイドと、を備え、
帯状のセパレータ原反を巻回したセパレータロールと、このセパレータロールから前記セパレータ原反を工程下流側に巻き出すセパレータ巻き出しロールと、このセパレータ巻き出しロールが巻き出した前記セパレータ原反の一側面に液状の補強樹脂を前記電極シートの外縁形状に沿う枠状に転写するディスペンスロールと、このディスペンスロールが転写した補強樹脂を硬化させてシート強化部を形成する樹脂硬化装置と、前記シート強化部を形成したセパレータ原反における前記シート強化部の状態を検査する検査装置と、を備え、
前記電極シートをその外縁部が前記シート強化部に対向するように前記シート強化部が形成されたセパレータ原反に重ね合わせると共にこれらを互いに押し付けて一体的に結合するプレスロールと、前記電極シートが結合されたセパレータ原反の表裏を反転させる反転機構と、前記電極シートが結合されたセパレータ原反の表裏面の状態を検査する両面検査装置と、前記電極シートが結合されたセパレータ原反を前記電極シート組体毎に切断するカッターロールと、このカッターロールが切断した前記電極シート組体を工程下流側に送り出す送り出しロールと、この送り出しロールが送り出した前記電極シート組体を受け取るトレイと、を備えることを特徴とする電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正負極の電極シートとこれらに挟まれるセパレータシートとを複数積層してなる電池及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記電池において、電極シート外縁の切断時に生じるバリがセパレータシートを突き破りショートを起こすことを防止するために、例えば特許文献１では、電極シートのバリをパルス電流で溶断除去するようにしている。その他にも、各種のバリ取り手段を採用したりバリ自体の大きさを抑えたりする方法が考案されている。
一方、例えば特許文献２では、セパレータシートの外縁部を折り返して二層構造の強化部とし、この強化部に電極シートのバリを接触させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７４１３３４号公報
【特許文献２】特開２００１−２８３８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電極シートを所定形状に切り出す際、それがせん断による場合は特に、バリの発生を抑えることはできてもゼロにすることは原理的に不可能である。そして、切断後にバリを完全に除去するには多大な労力が必要である。
一方、セパレータシートの外縁部を折り返して二重構造の強化部を形成する場合、この強化部の形成自由度が低く、強化部の形成が困難になったり電極シートの外縁形状に制約を生じさせたりするという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、正負極の電極シートとこれらに挟まれるセパレータシートとを複数積層してなる電池及びその製造装置において、少ない労力で電極シートのバリによるセパレータシートの損傷を抑止し、かつ電極シートの外縁形状の自由度を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の解決手段として、本発明は、所定形状に切断した電極シートとセパレータシートとを重ね合わせて電極シート組体とし、この電極シート組体を正負極で交互に複数積層してなる電池であって、前記セパレータシートの一側面における前記電極シートの外縁部と対向する部分に枠状のシート強化部を形成し、このシート強化部に前記電極シートの外縁部からシート厚さ方向で突出するバリを突き刺して係合させることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前記バリの前記シート強化部に対する係合力により、前記電極シートと前記セパレータシートとを一体的に結合することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記セパレータシートにおける前記電極シートと反対側の他側面又は前記シート強化部よりも前記他側面側の部位に、前記シート強化部よりも硬質の第二シート強化部を設けることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、所定形状に切断した電極シートとセパレータシートとを重ね合わせて電極シート組体とし、この電極シート組体を正負極で交互に複数積層してなる電池の製造装置であって、帯状の電極原反を巻回した電極ロールと、この電極ロールから前記電極原反を工程下流側に巻き出す電極巻き出しロールと、この電極巻き出しロールが巻き出した前記電極原反から所定形状の前記電極シートを切り出す電極カッターロールと、この電極カッターロールが切り出した前記電極シートを前記セパレータシートとの結合位置に案内する電極ガイドと、を備え、帯状のセパレータ原反を巻回したセパレータロールと、このセパレータロールから前記セパレータ原反を工程下流側に巻き出すセパレータ巻き出しロールと、このセパレータ巻き出しロールが巻き出した前記セパレータ原反の一側面に液状の補強樹脂を前記電極シートの外縁形状に沿う枠状に転写するディスペンスロールと、このディスペンスロールが転写した補強樹脂を硬化させてシート強化部を形成する樹脂硬化装置と、前記シート強化部を形成したセパレータ原反における前記シート強化部の状態を検査する検査装置と、を備え、前記電極シートをその外縁部が前記シート強化部に対向するように前記シート強化部が形成されたセパレータ原反に重ね合わせると共にこれらを互いに押し付けて一体的に結合するプレスロールと、前記電極シートが結合されたセパレータ原反の表裏を反転させる反転機構と、前記電極シートが結合されたセパレータ原反の表裏面の状態を検査する両面検査装置と、前記電極シートが結合されたセパレータ原反を前記電極シート組体毎に切断するカッターロールと、このカッターロールが切断した前記電極シート組体を工程下流側に送り出す送り出しロールと、この送り出しロールが送り出した前記電極シート組体を受け取るトレイと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電池よれば、セパレータシートにおける電極シート外縁のバリが当たる部位（電極シート外縁に沿う部位）に、予め所定幅の枠状のシート強化部を形成し、このシート強化部に電極シートのバリを突き刺すことで、電極シートのバリがセパレータシートを突き破ることを抑止できる。
また、電極シート外縁のバリをセパレータシートのシート強化部に突き刺して係合させることで、このバリを介して電極シートとセパレータシートとを一体的に結合することが可能となり、これらを別途接着剤等を用いて結合する場合と比べて、電極シート及びセパレータシートの結合作業を容易にできる。
さらに、シート強化部は電極シートの外縁形状に合わせて自由に形成できるので、従来の如くセパレータシートの外縁部を折り込んで強化部を形成するような場合と比べて、電極シート外縁に沿うシート強化部の形状自由度を確保できる。
さらにまた、バリをシート強化部に突き刺すことによる電極シート及びセパレータシートの一体的な結合を可能としながら、電極シートのバリがセパレータシートを突き破ることをより確実に抑止できる。
【００１１】
また、本発明の電池の製造装置によれば、連続するセパレータ原反に対し、電極シートの外縁形状に沿う枠状の補強樹脂をディスペンスロールにより素早く連続して転写することが可能となり、多数の電極シート組体を正確かつ容易に製作できる。また、トレイを除く各構成を正負極毎に設け、正負極の電極シート組体を交互にトレイに投入することで、正負電極を交互に積層した積層体をトレイ内で構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における電極原反から電極シートを切り出す工程の平面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるセパレータ原反からセパレータシートを切り出す工程の平面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるセパレータシートに電極シートを結合する工程の断面図であり、（ａ）は各シートの結合直前を、（ｂ）は各シートの結合時をそれぞれ示す。
【図４】本発明の実施形態におけるセパレータシートの強化部の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態における電池の製造装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、例えばパック型の二次電池における電極シート１を、電極ロール１０より巻き出した電極原反１１から切り出す工程の概略を示す平面図であり、図２は、前記電極シート１と交互に積層されるセパレータシート２を、セパレータロール１５より巻き出したセパレータ原反１６から、電極シート１を結合した状態で切り出す工程の概略を示す平面図である。
【００１４】
図１に示すように、電極原反１１は、電極芯材に活物質粉末を塗布・乾燥処理により固着させてなる。この電極原反１１を所定長さ毎にカットすると共に、例えば一側辺を適宜切り欠くことで、電力を入出力する接続端子（タブ）１２を突設した矩形状の電極シート１が形成される。
【００１５】
一方、セパレータ原反１６は、イオンを移動可能な例えば多孔質の絶縁フィルム（ポーラスシート）からなる。
図２に示すように、セパレータ原反１６の所定長さ毎（セパレータシート２毎）に、電極シート１の外縁形状に対応するシート強化部１７を形成して強化セパレータ原反１８とし、その後に前記所定形状の電極シート１を一体的に結合して電極付きセパレータ原反１９とし、これを所定長さ毎にカットすることで、所定形状の電極シート１及びセパレータシート２を一体的に結合した電極シート組体３を製作する。
【００１６】
なお、例えば前記接続端子１２の位置を変更することで、正負極用の電極シート１及びセパレータシート２がそれぞれ形成され、かつこれらを正負極毎にそれぞれ一体的に結合することで、正負極用の電極シート組体３がそれぞれ形成される。
【００１７】
そして、正負極用の電極シート組体３を交互に積層して適宜パックすることで、出荷単位の二次電池が組み立てられる。組み立て後の二次電池は活性化工程に移送され、充電・放電・室温放置エージング及び高温放置エージング等を繰り返した後に出荷に至る。
【００１８】
ここで、図３に示すように、電極シート１の外縁部１３にバリ取り加工を施さない場合、外縁部１３には、その厚さ方向で起立（突出）するバリ１４が残存する。このバリ１４は、セパレータシート２を突き破って正負極の電極シート１間を短絡させる虞がある。
そこで、本実施形態では、電極シート組体３毎に、電極シート１のバリ１４をセパレータシート２に向けると共に、セパレータシート２の上面２１（電極シート１との合わせ面）における電極シート１の外縁部１３と対向する部位に、電極シート１の外縁形状に沿って所定幅で延びる枠状のシート強化部１７を設けている。
【００１９】
シート強化部１７は、例えばセパレータシート２（セパレータ原反１６）の上面２１に液状の補強樹脂を前記枠状に塗布してこれを硬化させてなる（図２参照）。前記樹脂としては、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂及び乾燥硬化性樹脂等が考えられる。
【００２０】
シート強化部１７は、例えばセパレータ原反１６の上面２１に溝２３を形成して補強樹脂を流入、硬化させてなる。
なお、図４に示すように、セパレータシート２に補強樹脂を染み込ませて硬化させたものをシート強化部１７としてもよい。この構成は、セパレータシート２がポーラスシートではなく不織布であるときに好適である。
また、補強樹脂は接着剤であってもよく、この場合、補強樹脂に粘着性を残しておき、これを電極シート１との結合に利用してもよい。
【００２１】
図２，３に示すように、セパレータシート２は電極シート１よりも大判であり、セパレータシート２の外縁から所定幅だけ内周方に入った部位にシート強化部１７が形成される。シート強化部１７の内周方における補強樹脂を塗布しない領域は、二次電池における電解液を流動可能な有効領域２４とされる。有効領域２４は、補強樹脂の塗布により精度良く画定されるため、電極シート組体３毎の性能のバラツキが抑えられて長寿命化を期待できる。なお、シート強化部１７がセパレータシート２の外縁まで至る構成であってもよい。
【００２２】
図３に示すように、セパレータシート２（セパレータ原反１６）の下面２２（又は厚さ方向中間部）には、前記補強樹脂よりも硬質の樹脂からなる第二シート強化部２５が設けられる。第二シート強化部２５は、セパレータシート２の下面２２に設けられることで、シート強化部１７に突き刺した電極シート１のバリ１４がセパレータシート２を突き破ることを防止する。
【００２３】
第二シート強化部２５は、図３ではセパレータシート２の下面２２に形成された所定厚さの樹脂層として構成されるが、シート強化部１７と同様、セパレータシート２の下面２２に溝２３を形成して樹脂を流入、硬化させた構成としたり、セパレータシート２に樹脂を染み込ませて硬化させた構成としてもよい。また、シート強化部１７よりも下面２２側であれば、セパレータシート２のシート厚さ方向中間部に第二シート強化部２５を設けてもよい。
なお、各シート強化部１７，２５をセパレータ原反１６に予め設置したり、樹脂によらずセパレータ原反１６の該当箇所の密度を上げる等により強度を上げてシート強化部を形成してもよい。
【００２４】
このように、セパレータシート２の一側面における電極シート１の外縁部１３と対向する部分に枠状のシート強化部１７を形成し、このシート強化部１７に前記電極シート１の外縁部１３からシート厚さ方向で突出するバリ１４を突き刺して係合させ、前記バリ１４の前記シート強化部１７に対する係合力により、前記電極シート１と前記セパレータシート２とを一体的に結合することで、電極シート１のバリ１４がセパレータシート２を突き破ることを抑止できると共に、電極シート１とセパレータシート２とを別途接着剤等を用いて結合する場合と比べてこれらの結合作業を容易にできる。また、シート強化部１７は電極シート１の外縁形状に合わせて自由に形成できるので、従来の如くセパレータシート２の外縁部を折り込んで強化部を形成するような場合と比べて、電極シート１外縁に沿うシート強化部１７の形状自由度を確保できる。
【００２５】
さらに、前記セパレータシート２におけるシート厚さ方向で前記シート強化部１７を挟んで前記電極シート１と反対側に位置する部位に、前記シート強化部１７よりも硬質の第二シート強化部２５を設けることで、バリ１４をシート強化部１７に突き刺すことによる電極シート１及びセパレータシート２の一体的な結合を可能としながら、電極シート１のバリ１４がセパレータシート２を突き破ることをより確実に抑止できる。
【００２６】
次に、上記二次電池の製造装置３０について説明する。
図５に示すように、製造装置３０は、帯状の電極原反１１から所定形状の電極シート１を切り出す電極準備工程３１と、帯状のセパレータ原反１６に電極シート１の外縁形状に沿う枠状のシート強化部１７を形成して強化セパレータ原反１８とするセパレータ準備工程３６と、強化セパレータ原反１８に電極シート１を結合して電極付きセパレータ原反１９とした後にこれを電極シート組体３毎に切断する電極シート組体製作工程４１と、を有する。
【００２７】
電極準備工程３１は、帯状の電極原反１１を巻回した電極ロール１０と、電極ロール１０から電極原反１１を工程下流側に巻き出す電極巻き出しロール３２と、電極巻き出しロール３２が巻き出した電極原反１１から前記一側辺の切片４を切除すると共に所定長さにカットして電極シート１を切り出す電極カッターロール３３と、電極カッターロール３３が切り出した電極シート１をセパレータシート２との結合位置（重ね合わせ位置）に案内する電極ガイド３４と、を備える。なお、図中符号３５は前記切片４を回収する切片受けを、符号Ｆ１は電極原反１１の搬送方向をそれぞれ示す。
【００２８】
セパレータ準備工程３６は、帯状のセパレータ原反１６を巻回したセパレータロール１５と、セパレータロール１５からセパレータ原反１６を工程下流側に巻き出すセパレータ巻き出しロール３７と、セパレータ巻き出しロール３７が巻き出したセパレータ原反１６の上面２１に液状の補強樹脂を電極シート１の外縁形状に沿う枠状に塗布（転写）するディスペンスロール３８と、ディスペンスロール３８が塗布した補強樹脂を乾燥や熱処理等により硬化させてシート強化部１７を形成する樹脂硬化装置３９と、シート強化部１７を形成したセパレータ原反１６（強化セパレータ原反１８）におけるシート強化部１７の欠損等の有無を検査するカメラ等の検査装置４０と、を備える。なお、図中符号Ｆ２はセパレータ原反１６の搬送方向を示す。また、図示は略すが、例えばディスペンスロール３８と樹脂硬化装置３９との間には第二シート強化部２５を形成（転写）するための手段が設けられる。
【００２９】
電極シート組体製作工程４１は、電極シート１をその外縁部１３がシート強化部１７に対向するように強化セパレータ原反１８に重ね合わせると同時に（図３（ａ）参照）これらを互いに押し付けて一体的に結合する（図３（ｂ）参照）プレスロール４２と、電極シート１が結合されたセパレータ原反１６（電極付きセパレータ原反１９）の上下を逆にする反転機構４３と、例えば反転機構４３中に設けられて電極付きセパレータ原反１９の両面の異常の有無を検査するカメラ等の両面検査装置４４と、電極付きセパレータ原反１９を電極シート組体３毎に切断するヒートカッターロール４５と、ヒートカッターロール４５が切断した電極シート組体３を工程下流側に送り出す送り出しロール４６と、送り出しロール４６が送り出した電極シート組体３を受け取るトレイ４７と、を備える。
【００３０】
なお、図５では正負極の一方の電極分のみの構成を示すが、正負極の他方の電極分の構成（トレイ４７を除く）も同様に設置し、正負極の電極シート組体３を交互にトレイ４７に投入することで、正負電極を交互に積層した積層体をトレイ４７内で構成することもできる。また、両面検査カメラは反転機構４３の上流側又は下流側に設けてもよい。さらに、電極付きセパレータ原反１９を枚葉に切断するものはヒートカッターロール４５に限らない。
【００３１】
プレスロール４２にて電極シート１と強化セパレータ原反１８とを押し付ける際、電極シート１の外縁部１３に形成されたバリ１４は、強化セパレータのシート強化部１７に押し付けられて食い込む（図３（ｂ）参照）。このとき、前記第二シート強化部２５を設けておくことで、バリ１４がシート強化部１７ひいてはセパレータシート２を突き破って反対側に飛び出すことがなく、正負電極間の短絡が防止される。
また、電極シート１外周のバリ１４がセパレータシート２に係合することで、これらを一体的に結合することも可能である。なお、シート強化部１７は補強樹脂の種類、量及び硬さ等で仕様を変更でき、かつ電極シート１の外縁形状に合わせて自由に形成できる。
【００３２】
本実施形態では、製造装置３０のレイアウト上、電極シート１がセパレータ原反１６の上面２１に接合される。電極シート１のバリ１４のシート強化部１７への食い込み量は、補強樹脂の硬度とプレスロール４２の加圧力とで制御される。電極準備工程３１では、電極シート１のバリ１４が所定高さで安定して発生するような制御が必要であるが、これはバリ１４を無くす制御よりもはるかに容易である。
【００３３】
セパレータシート２は空孔率が高く（密度が低く）、吸盤ハンドでは把持（吸着）し難い。そこで、密度が高く吸着し易い金属製の電極シート１と上下を反転させることで、これらを共釣り状態にした安全チャックを可能とし、積層工程のロボットハンドリングに有利な構成としている。なお、前記空孔率とは、セパレータシート２の実体積を見かけの体積から引いて空孔の体積を求め、この空孔の体積をセパレータシート２の見かけの体積で除して得られる値である。
【００３４】
本実施形態では、連続するセパレータ原反１６に対し、電極シート１の外縁形状に沿う枠状の補強樹脂をディスペンスロール３８により素早く連続して転写することで、多数の電極シート組体３を正確かつ容易に製作できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  電極シート
２  セパレータシート
３  電極シート組体
１０  電極ロール
１１  電極原反
１３  外縁部
１４  バリ
１５  セパレータロール
１６  セパレータ原反
１７  シート強化部
２１  上面（一側面）
２２  下面（他側面）
２５  第二シート強化部
３０  製造装置（電池の製造装置）
３２  電極巻き出しロール
３３  電極カッターロール
３４  電極ガイド
３７  セパレータ巻き出しロール
３８  ディスペンスロール
３９  樹脂硬化装置
４０  検査装置
４２  プレスロール
４３  反転機構
４４  両面検査装置
４５  ヒートカッターロール（カッターロール）
４６  送り出しロール
４７  トレイ
【図１】
0005668607.tif 000002
【図２】
0005668607.tif 000003
【図３】
0005668607.tif 000004
【図４】
0005668607.tif 000005
【図５】
0005668607.tif 000006